碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和用途

時(shí)間：2019-04-20

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐侵蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其形狀有明顯的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。

碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱不亂氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。

碳纖維是一種力學(xué)機(jī)能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦**鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。

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碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是較高的。在密度、剛度、重量、疲憊特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)不亂性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具上風(fēng)。

碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等**科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。跟著**技術(shù)對(duì)新材料技術(shù)機(jī)能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力進(jìn)步。80年代初期，高機(jī)能及**高機(jī)能的碳纖維接踵泛起，這在技術(shù)上是又一次奔騰，同時(shí)也標(biāo)志著碳纖維的研究和出產(chǎn)已進(jìn)入一個(gè)**階段。

由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，因?yàn)槠浔戎匦?、剛性好和?qiáng)度高而成為一種提高前輩的航空航天材料。由于航天*行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天產(chǎn)業(yè)中爭(zhēng)相采用提高前輩復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。據(jù)報(bào)道，美國(guó)航天飛機(jī)上3只火箭推進(jìn)器的樞紐部件以及提高前輩的MX導(dǎo)彈**管等，都是用提高前輩的碳纖維復(fù)合材料制成的。

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現(xiàn)在的F1（世界一級(jí)方程錦標(biāo)賽）賽車，車身大部門結(jié)構(gòu)都用碳纖維材料。**跑車的一大賣點(diǎn)也是周身使用碳纖維，用以進(jìn)步氣動(dòng)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、產(chǎn)業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。

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